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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Einspritzelements einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Serienbau von Kraftwagen sind Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Diese Verbrennungskraftmaschinen umfassen jeweilige Einspritzelemente zum Einspritzen von Kraftstoff, wobei es sich insbesondere um flüssigen Kraftstoff wie Benzin oder Diesel handeln kann. Die Einspritzelemente werden dabei auch als Injektoren bezeichnet und dienen beispielsweise zum Einspritzen des Kraftstoffs direkt in Brennräume der Verbrennungskraftmaschine. Alternativ dazu können die Einspritzelemente auch dazu verwendet werden, den Kraftstoff in ein Ansaugmodul stromauf der Brennräume einzuspritzen.
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Die Einspritzelemente umfassen jeweils einen Spulenantrieb mit wenigstens einer Spule und zumindest ein Ventilelement. Das Ventilelement ist beispielsweise als Ventilnadel ausgebildet und zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Offenstellung ist zumindest eine Einspritzöffnung des Einspritzelements freigegeben, so dass der Kraftstoff über die Einspritzöffnung eingespritzt wird. In der Schließstellung ist die zumindest eine Einspritzöffnung fluidisch versperrt, so dass eine Kraftstoffeinspritzung verhindert ist. Der Spulenantrieb mit der Spule dient dabei dazu, das Ventilelement zwischen der Schließstellung und der Offenstellung zu bewegen. Dazu wird der Spulenantrieb derart angesteuert, dass eine elektrische Spannung an die Spule angelegt wird. Daraus resultiert ein Fluss von elektrischem Strom durch die Spule, woraus die Entstehung eines Magnetfelds resultiert. Durch dieses Magnetfeld kann das Ventilelement beispielsweise aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt werden. Soll das Ventilelement wieder geschlossen werden, so kann eine demgegenüber entgegengesetzte Spannung angelegt werden.
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Das Anlegen der entsprechenden Spannung an die Spule wird üblicherweise auch als Ansteuern bezeichnet. Zur Realisierung eines effizienten und emissionsarmen Betriebs der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine ist es von Vorteil, erkennen zu können, ob das Ventilelement infolge der entsprechenden Ansteuerung der Spule auch tatsächlich wenigstens eine der Stellungen, d. h. die Offenstellung und/oder die Schließstellung, erreicht hat. Dadurch kann dann darauf rückgeschlossen werden, ob eine Kraftstoffeinspritzung auch tatsächlich erfolgt ist und/oder welche Menge an Kraftstoff eingespritzt wurde.
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Beispielsweise durch Verschleiß kann es nämlich dazu kommen, dass das Ventilelement trotz gleicher Ansteuerung des Einspritzelements zumindest eine der Stellungen, beispielsweise die Offenstellung, nach einer gewissen Lebensdauer des Einspritzelements nicht mehr erreicht.
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Der
DE 10 2009 032 521 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen eines solchen einen Spulenantrieb mit wenigstens einer Spule und ein zwischen einer Schließstellung als erster Stellung und wenigstens einer Offenstellung als zweiter Stellung bewegbares Ventilelement umfassenden Einspritzelements zum Einspritzen von Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine als bekannt zu entnehmen. Bei diesem Verfahren wird das Einspritzelement in Abhängigkeit von wenigstens einem, einen Fluss von elektrischem Strom durch die Spule charakterisierenden Signal auf das Erreichen zumindest einer der Stellungen überprüft.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren zu schaffen, mittels welchem sich ein besonders sicherer Rückschluss auf das Erreichen wenigstens einer der Stellungen des Ventilelements realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem ein besonders sicherer Rückschluss auf das Erreichen wenigstens einer der Stellungen des Ventilelements realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Erreichen der zumindest einen Stellung anhand eines durch ein Prellen des Ventilelements bewirkten Schwingens des Signals erfasst wird. Dadurch ist es besonders vorteilhafterweise möglich, das Ventilelement auf das Erreichen der Offenstellung als die zumindest eine Stellung zu überprüfen. Dem Verfahren liegt die Idee zugrunde, dass das Ventilelement, welches beispielsweise als Injektornadel ausgebildet ist, infolge einer entsprechenden Ansteuerung der Spule sich zu bewegen beginnt und – wenn das Ventilelement die zumindest eine Stellung erreicht – an einem korrespondierenden Anschlag anschlägt. Infolge dieses Anschlagens kommt es zum Prellen des Ventilelements. Dieses Prellen ist ein Schwingen bzw. eine Vibration des Ventilelements infolge des Aufschlagens auf den Anschlag. Dieses Prellen kann besonders gut anhand des den Stromfluss durch die Spule charakterisierenden Signals erkannt werden, so dass dadurch besonders sicher auf das Erreichen der zumindest einen Stellung rückgeschlossen werden kann. Erreicht nämlich das Ventilelement die zumindest eine Stellung und somit den Anschlag nicht, so schlägt es auch nicht auf den Anschlag auf und es kommt auch nicht zum Prellen.
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Das Prellen kann in Form des Schwingens über einer Zeitdauer erfasst werden. Besonders gut kann das Prellen mittels einer Fourier-Transformation, welche auf das Signal angewendet wird, ermittelt werden. Diese Ermittlung des Prellens ist beispielsweise aus Verfahren zum Erkennen einer klopfenden Verbrennung von Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen bekannt und kann nun auf das Ermitteln des Prellens des Ventilelements angewendet werden.
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Bleibt das Prellen und somit das Schwingen des Signals aus, so kann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit darauf rückgeschlossen werden, dass das Ventilelement und somit das Einspritzelement insgesamt nicht mehr zur Realisierung eines besonders effizienten und emissionsarmen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine geeignet ist. Dies bedeutet, dass somit auch auf eine Alterung und/oder auf einen Verschleiß des Einspritzelements rückgeschlossen werden kann. Die Alterung und der Verschleiß des Einspritzelements kann mittels des Verfahrens erkannt werden, bevor es zu einem vollständigen Ausfall des Einspritzelements kommt. Dadurch kann der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine aufrecht erhalten werden, so dass eine ausfallbedingte Panne eines Kraftwagens mit der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden kann. Wird ermittelt, dass es nicht zum Prellen kommt, so kann beispielsweise dem Fahrer des Kraftwagens ein entsprechender Hinweis kommuniziert werden, mittels welchem der Fahrer auf den Verschleiß und/oder die Alterung des Einspritzelements hingewiesen wird. Da der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nach wie vor aufrecht erhalten werden kann, kann der Fahrer den Kraftwagen beispielsweise in eine Werkstatt fahren, um dort das gealterte und/oder verschlissene Einspritzelement austauschen lassen zu können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ein Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf eines Flusses von elektrischem Strom durch ein Spule eines Einspritzelements zum Einspritzen von Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine, wobei im Rahmen eines Verfahrens zum Überprüfen des Einspritzelements der zeitliche Verlauf auf das Vorhandensein eines sogenannten Prellens eines Ventilelements in Form einer Injektornadel des Einspritzelements überprüft wird und wobei ein Erreichen einer Offenstellung der Injektornadel anhand des Prellens erfasst wird; und
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2 ein Diagramm mit einem zum zeitlichen Verlauf des Flusses des elektrischen Stroms gemäß 1 gehörenden, zeitlichen Verlauf einer Spannung, welche im Rahmen einer Ansteuerung der Spule an diese angelegt wird.
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1 und 2 zeigen jeweils ein Diagramm 10, 12, auf deren jeweiliger Abszisse 14, 16 die Zeit aufgetragen ist. Die Diagramme 10, 12 haben somit die gleichen Zeitbasis.
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Auf der Ordinate 18 des Diagramms 10 ist eine Stromstärke I aufgetragen. In das Diagramm 10 ist ein zeitlicher Verlauf 20 eines elektrischen Stroms eingetragen, wobei dieser elektrische Strom im Rahmen einer Ansteuerung einer Spule eines Einspritzelements durch die Spule fließt. Diese Spule ist dabei eine elektrische Spule eines Spulenantriebs, welcher bei dem Einspritzelement zum Bewegen eines Ventilelements in Form einer Injektornadel zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verwendet wird. Das Einspritzelement wird üblicherweise auch als Injektor bezeichnet und wird bei einer insbesondere als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine verwendet, um flüssigen Kraftstoff beispielsweise direkt in einen Brennraum in Form eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen.
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In der Schließstellung ist wenigstens eine Einspritzöffnung des Injektors mittels der Injektornadel fluidisch verschlossen, so dass kein Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Wird die Injektornadel aus ihrer Schließstellung in ihre wenigstens eine Offenstellung bewegt, so wird die Einspritzöffnung zumindest teilweise fluidisch freigegeben, so dass sie von dem flüssigen Kraftstoff durchströmt werden kann. In der Folge wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt.
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Wie aus 2 erkennbar ist, wird zum Bewegen der Injektornadel aus der Schließstellung in die Offenstellung an der Spule eine elektrische Spannung U angelegt. In das Diagramm 12 ist dabei ein zeitlicher Verlauf 22 eingetragen. Auf der Ordinate 24 des Diagramms 12 ist die elektrische Spannung U aufgetragen. Der zeitliche Verlauf 22 ist somit ein zeitlicher Verlauf der elektrischen Spannung U, welche an die Spule im Rahmen ihrer Ansteuerung angelegt wird, um dadurch die Injektornadel zu bewegen.
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Die Injektornadel wird im Rahmen der Ansteuerung in vier Phasen A, B, C und D betrieben. Die erste Phase A wird als Vormagnetisierung bezeichnet. Im Rahmen der Vormagnetisierung wird eine gegenüber der Phase B geringere, getaktete Spannung U auf die Spule, welche üblicherweise auch als Magnetspule bezeichnet wird, aufgebracht, um ein vorgebbares und definiertes Magnetfeld zu erzeugen. Mit anderen Worten wird an die Spule im Rahmen der Vormagnetisierung eine vorgebbare Spannung U angelegt, wodurch – wie in Zusammenschau mit 1 erkennbar ist – ein Fluss von elektrischem Strom durch die Spule bewirkt wird. Daraus resultiert wiederum die Entstehung eines Magnetfelds.
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Die zweite Phase B wird auch als Boost-Phase bezeichnet. Während der Boost-Phase wird die volle elektrische Spannung U an die Spule angelegt, so dass sich ein gegenüber der ersten Phase A stärkeres Magnetfeld bildet. Mittels dieses starken Magnetfelds wird die Injektornadel aus ihrer Schließstellung in ihre Offenstellung bewegt. Das Magnetfeld ist dabei so stark, dass die Injektornadel zu fliegen beginnt und – wenn die Injektornadel ihre gewünschte Funktionalität aufweist – bei Erreichen der Offenstellung auf einen korrespondierenden Anschlag aufschlägt. Wie in Zusammenschau mit 1 erkennbar ist, führt das Anlegen der vollen Spannung auch zu einem entsprechend stärkeren Fluss an elektrischem Strom durch die Spule, d. h. zu einer höheren Stromstärke I als in der ersten Phase A.
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Infolge des Aufpralls auf den Anschlag kommt es zu einem sogenannten Prellen der Injektornadel, wodurch ein in einem Bereich E des zeitlichen Verlaufs 20 erkennbares Schwingen des zeitlichen Verlaufs 20 bewirkt wird. Infolge des Prellens kommt es nämlich zu einer Gegeninduktion von elektrischem Strom in der Spule, da sich die Injektornadel relativ zur Spule bewegt und demzufolge einen elektrischen Strom in der Spule erzeugt bzw. den durch den zeitlichen Verlauf 20 charakterisierten Fluss des elektrischen Stroms beeinflusst.
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Zu dem Schwingen des zeitlichen Verlaufs 20 kommt es dabei in einem Zeitfenster t. Mit anderen Worten ist das Prellen über den zeitlichen Verlauf 20 des elektrischen Stroms im Zeitfenster t erkennbar. Ferner ist es möglich, das Prellen über eine Fourier-Transformation zu erfassen, wodurch das Prellen im Zeitfenster t besonders gut erfasst werden kann.
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An die zweite Phase B schließt sich die dritte Phase C an, welche auch als Haltephase bezeichnet wird. Während der Haltephase ist die Injektornadel vollständig geöffnet, so dass der Kraftstoff eingespritzt wird.
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An die dritte Phase C schließt sich die vierte Phase D an, welche auch als Schließphase bezeichnet wird. Durch Anlegen einer gegenüber den Phasen A, B und C entgegengesetzten Spannung U wird die Injektornadel wieder in ihre Schließstellung bewegt.
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Der zeitliche Verlauf 20 wird im Rahmen eines Verfahrens zum Überprüfen des Injektors als einen Fluss von elektrischem Strom durch die Spule charakterisierendes Signal verwendet, um den Injektor zu überprüfen, ob die Injektornadel ihre Offenstellung erreicht oder nicht. Das Erreichen der Offenstellung wird dabei anhand des durch das Prellen bewirkten Schwingens des zeitlichen Verlaufs 20 erfasst. Findet das Prellen statt, dann ist sichergestellt, dass die Injektornadel geflogen und aufgeschlagen ist. Kommt es nicht zum Prellen, so weist das Einspritzelement einen unerwünschten Funktionszustand auf und kann nicht mehr zur Realisierung eines besonders effizienten und emissionsarmen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine verwendet werden, da die Injektornadel ihre Offenstellung nicht erreicht und demzufolge nicht mehr vollständig geöffnet werden kann. Dies kann dazu führen, dass die Menge des eingespritzten Kraftstoffs geringer ist als erwünscht, so dass mittels des Verfahrens auch ermittelt werden kann, ob die gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt wird bzw. wurde oder nicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009032521 A1 [0006]
